Linux Elf装载过程

装载
- 两个视图
- 其他 VMA
段地址对齐

装载

装载到哪里？内存，进程上看，是映射到了虚拟进程空间.

装载谁？程序运行的实体代码，数据，来自 elf，共享库，OS 等.

怎么装载?利用程序局部性原理: 运行某段程序时，很可能也要运行最近的 1 个代码块，于是先提前装载到内存.

内存肯定不够用，不过通过页映射，需要时(缺页异常)，再从磁盘 load 到内存，做替换.

管理这个装载过程的，就是 os 的存储管理器(MMU).

具体过程:

建立虚拟进程空间，
读取 elf 文件头，建立好 elf 与虚拟空间映射关系,(为后续缺页装载准备).虚拟进程空间有个区域叫 VMA, 对应映射的是 elf 的.text 段
cpu pc 跳转到入口，开始运行.
发现空页，缺页异常，正式装载磁盘页到映射好的物理内存，虚拟进程空间也看的到

Screenshot from 2019-01-22 09-44-55-afff0265-55a1-4c88-bda8-fe795b025193

两个视图

链接的角度,elf 的段按Section划分，(链接试图), 从装载的角度,elf 按Segment(执行试图), 后者为了装载方便，不浪费内存，可能进行了段的合并优化等.

Screenshot from 2019-01-22 09-55-32-6d3b5f39-efa0-48e0-8a74-f340ae2ed1e1

这就是 elf 中program header的由来，描述 elf 该如何被 os 装载到进程空间.

➜  compile-link-lib readelf -l ab

Elf file type is DYN (Shared object file)
Entry point 0x5a0
There are 9 program headers, starting at offset 64

Program Headers:
  Type           Offset             VirtAddr           PhysAddr
                 FileSiz            MemSiz              Flags  Align
  PHDR           0x0000000000000040 0x0000000000000040 0x0000000000000040
                 0x00000000000001f8 0x00000000000001f8  R      0x8
  INTERP         0x0000000000000238 0x0000000000000238 0x0000000000000238
                 0x000000000000001c 0x000000000000001c  R      0x1
      [Requesting program interpreter: /lib64/ld-linux-x86-64.so.2]
  LOAD           0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000950 0x0000000000000950  R E    0x200000
  LOAD           0x0000000000000db0 0x0000000000200db0 0x0000000000200db0
                 0x0000000000000264 0x0000000000000268  RW     0x200000
  DYNAMIC        0x0000000000000dc0 0x0000000000200dc0 0x0000000000200dc0
                 0x00000000000001f0 0x00000000000001f0  RW     0x8
  NOTE           0x0000000000000254 0x0000000000000254 0x0000000000000254
                 0x0000000000000044 0x0000000000000044  R      0x4
  GNU_EH_FRAME   0x00000000000007e0 0x00000000000007e0 0x00000000000007e0
                 0x0000000000000044 0x0000000000000044  R      0x4
  GNU_STACK      0x0000000000000000 0x0000000000000000 0x0000000000000000
                 0x0000000000000000 0x0000000000000000  RW     0x10
  GNU_RELRO      0x0000000000000db0 0x0000000000200db0 0x0000000000200db0
                 0x0000000000000250 0x0000000000000250  R      0x1

 Section to Segment mapping:
  Segment Sections...
   00
   01     .interp
   02     .interp .note.ABI-tag .note.gnu.build-id .gnu.hash .dynsym .dynstr
    .gnu.version .gnu.version_r .rela.dyn .rela.plt .init .plt .plt.got
    .text .fini .rodata .eh_frame_hdr .eh_frame
   03     .init_array .fini_array .dynamic .got .data .bss
   04     .dynamic
   05     .note.ABI-tag .note.gnu.build-id
   06     .eh_frame_hdr
   07
   08     .init_array .fini_array .dynamic .got

Segment 的内容:

segment类型有LOAD,DYNAMIC,INTERP,GNU_XXX等;
Offset是segment在文件里的偏移;
Virtual Addr就是映射到的虚拟进程空间.
Phy Addr是物理装载地址，一般与上面的一致.
Flag: R,W,X
Align: 对齐属性.(k bytes)
    - 对齐是为了页处理的方便,但是可能带来空间浪费.